硅藻土復合材料在甲醛吸附降解方面的研究進展

李強文 邵亞馨 楊小盛 妥梅 張芳 孫萬虹

(1.西北民族大學化工學院，甘肅 蘭州 730124；2. 西北民族大學實驗教學部，甘肅 蘭州 730124)

0 引言

甲醛其特殊的分子結構，因而具備較為靈敏的反應活性，被廣泛應用于各類有機合成。長期處于甲醛含量超標的環境中會引發很多疾病[1]，例如白血病、鼻喉腫瘤等。由此看來，消除甲醛特別是空氣中彌漫的甲醛，成為科學技術人員研究的熱門方向之一；而硅藻土因其獨特的表面結構，成為了甲醛吸附研究的一個重點方向。硅藻土化學成分主要是SiO2，含有少量的Fe2O3、Al2O3、MgO、P2O5、CaO、K2O、Na2O 和有機物[2]。硅藻土具有吸附性好、比表面積大等特性，且儲量豐富，近年來已被廣泛應用于環保、化工等眾多領域[3]。硅藻土的上述特性，形成了硅藻土在甲醛吸附方面的研究體系。本文將從硅藻土出發，對硅藻土各種類型的甲醛吸附降解研究進行總結論述。

1 金屬氧化物/硅藻土

光催化技術是利用光在光催化劑的表面產生·OH、·O2等具有較強氧化性的基團，將大部分有害的有機質轉化成無毒害的H2O 和CO2，光催化技術在處理甲醛污染方面有很大的應用前景。

ZnO 在光催化應用方面是一種較為常見的氧化物。在利用光催化處理水體有機污染物方面，納米ZnO 的效率比TiO2高。且相對于TiO2而言，ZnO 價格低廉，可廣泛應用于甲醛的處理。當前納米ZnO 制備以單一相為主，成本過高；且ZnO 顆粒均勻度不夠，分散性較差，處理效率有待提高。李勰等[4]采用兩相界面法制備了超細納米晶復合材料。提高了ZnO 的光催化活性，能夠有效降解氣體水體中的甲醛。該研究表明，與1.0% La: ZnO 材料相比，1.0% La: ZnO/硅藻土復合材料對甲醛的降解效果更高。兩相界面法工藝流程簡單，能耗較低，可用于制備超細納米晶。

目前，市銷的硅藻泥的甲醛凈化效率較低，且因有機粘結劑引起了二次污染。對該問題，劉秀娟等[5]將活性氧化鋁引入硅藻泥，活性氧化鋁材料多孔分散性好、比表面積大，與TiO2有較強的作用，可提升材料比表面積、調控硅藻土表面性質，避免了二次污染。

二氧化錳(MnO2)是過渡金屬氧化物，在甲醛降解吸附方面有較強的應用前景。劉麗等[6]采用溶膠-凝膠法，500℃下煅燒樣品，制備納米MnO2硅藻土復合材料；XRD、SEM 顯示，MnO2為四方晶體，該晶體呈納米棒狀且均勻地負載于硅藻土表面。表明常溫常壓、自然光下納米MnO2負載硅藻土對氣體甲醛具有較好的降解活性，且造價低廉、無二次污染、可回收利用，具有較大的應用前景。

2 聚合物/硅藻土

1907 年，從貝克蘭發明酚醛樹脂到現在，人類使用塑料的歷史已有百余年[7]。眾所周知，塑料的出現給人們生活帶來了極大的便利，隨之而來的環境問題引起人們的注意。由于塑料各方面優良的性能，在農業、紡織、國防等領域，得到了廣泛的應用，與鋼鐵、木材、水泥構成現代工業的四大基礎材料[8]。硅藻土應用方面，聚合物有著獨特優勢。

葛鐵軍等[9]制備了LDPE/硅藻土復合材料。硅藻土有機化處理后，與LDPE 進行復合所得的復合材料除了復合材料的表面吸附作用外，也存在著復合材料對甲醛的相似相溶效應，硅藻土通過與LDPE 復合，實現對甲醛物理吸附與化學吸附的結合，進一步提高了甲醛的吸附效率。且適量硅藻土的作用能有效提升復合材料的拉伸性能。該研究工藝簡單、硅藻土易得，利于大規模的生產。

在眾多的污染處理技術中，自然界中分布最廣、含量最多的纖維素由于其來源廣泛且可再生、價格低廉、可自然生物降解等特性而被廣泛應用。王佳楠等[10]以微晶纖維素、硅藻土為原料，以氫氧化鈉/尿素復合水溶液為溶劑，采用冷凍干燥法制備了纖維素/硅藻土復合材料。表征顯示，制備不同質量分數的纖維素的復合材料，其內部具備纖維素氣凝膠疏松多孔的三維網狀結構，且硅藻土附在纖維素的鏈上，吸附效果較好。

3 天然產物/硅藻土

電氣石是含硼的天然環狀硅酸鹽，含有鈉、鎂等活潑金屬元素。兼備熱電性和壓電性，極易因靜電而使之帶電，由此稱之為電氣石。電氣石在環保領域已有廣泛的應用，并成為近年來環保材料的熱點研究方向[11]。高如琴等[12]研究了以多孔陶瓷硅藻土基為載體，并在其表面浸漬硅藻土、電氣石，經過低溫煅燒制備出了電氣石修飾的硅藻土基材料。該材料在燒結過程中硅藻土與超細電氣石粉 、燒結助劑通過堆積形成大量孔洞，孔洞在該復合材料顆粒上以及顆粒之間形成了連貫的孔洞結構，具有較好的吸附性能。泥炭蘚是一種有機植物質原料。胡明玉等[13]以硅藻土和泥炭蘚為首要原料，通過無機摻合料對材料強度和耐水性的調節，制備了硅藻土/泥炭蘚復合材料。并研究了材料強度、耐水性，選擇較優的材料配比。該復合材料的毛細孔洞，使其在甲醛吸附方面具有一定的應用前景。

4 結語

在目前硅藻土的改性研究中，較多的是利用光催化效應進行探索；較為熱門的研究是聚合物/硅藻土的吸附研究，將硅藻土的物理吸附與聚合物的化學吸附相結合。在光催化效應方面，能夠解釋清楚其催化機理的研究較少。因此光催化機理和硅藻土/高分子聚合物的研究應當是科研人員研究的重點方向。